Votre cerveau en 2050 : implants neuraux et membres robotiques

DNews

Suite à un accident cérébrovasculaire, Cathy Hutchinson est restée paralysée et a perdu la parole. Mais douze ans plus tard, grâce à un implant cérébral, elle peut désormais boire à la bouteille en se servant d'un bras robotique qu'elle contrôle par la seule force de la pensée.

 Une vidéo de cette femme utilisant son bras robotique a été diffusée au World Science Festival, lors d'une conférence intitulée « Cells to Silicon: Your Brain in 2050 » (« Des cellules au silicium : votre cerveau en 2050 »), consacrée aux technologies cérébrales à venir. (Vous pouvez regarder des vidéos des conférences du festival (lien internet, en anglais), sur Live Science.)

 À l'heure où les scientifiques sont encore loin d'interpréter nos pensées les plus intimes, les interfaces cerveau-technologie connaissent une avancée remarquable. Les implants cérébraux sont de plus en plus performants lorsqu'il s'agit de récupérer des informations provenant du cerveau, en écoutant les chuchotements  des neurones. Ils utilisent ces données pour contrôler des appareils du monde réel. À l'inverse, d'autres implants introduisent des informations vers le cerveau afin de rétablir la vue ou d'autres sens. 

 Étant donné les progrès technologiques, les humains pourront peut-être un jour avoir des corps prothétiques ou réaliser une copie numérique de leur esprit. Cependant, ces éventualités soulèvent une question essentielle : que veut dire « être humain » ? Mais avant toute chose, les scientifiques doivent tenter de résoudre les mystères du cerveau.

 

Dnews

Télécharger des éléments depuis le cerveau

Cathy Hutchinson a bénéficié du système BrainGate, développé par des chercheurs de l'Université Brown, de l'Université Stanford, du Massachusetts General Hospital et du Providence VA Medical Center.

John Donoghue, professeur en neurosciences à l'Université Brown, affirme qu'au cœur du système BrainGate, une série d'électrodes de la taille d'un M&M est implantée dans la zone du cerveau qui contrôle les mouvements du bras. Ces électrodes enregistrent les signaux électriques microscopiques provenant des neurones. Les signaux sont ensuite amplifiés et décodés pour permettre le contrôle du bras robotique.

 Un câble branché dans l'implant via un connecteur relié au crâne permet de faire fonctionner ces prothèses de pointe. Pour les patients, un tel système est cependant contraignant. Sur le long terme, sa performance risque d'être limitée, en raison notamment des mouvements de l'implant ou de l'accumulation du tissu cicatriciel.

 

Et pourquoi ne pas imaginer un moyen de communication sans fil avec le cerveau ? Michel Maharbiz, ingénieur électricien à l'Université de Berkeley (Californie), examine la question. Son équipe développe actuellement des capteurs microscopiques, appelés « poussières neurales », capables d'enregistrer les signaux électriques provenant des neurones. En théorie, le système des poussières neurales s'appuierait sur des ultrasons pour assurer l'alimentation et la communication de ces particules de poussière.

Un tel système permettrait aux scientifiques d'enregistrer simultanément des signaux provenant de milliers de neurones et offrirait ainsi une image plus fidèle de l'activité cérébrale.

Télécharger des éléments vers le cerveau

Alors que certains scientifiques étudient la capacité des neurones à communiquer avec des membres robotiques externes, d'autres envisagent la théorie inverse consistant à développer des implants biomédicaux capables de saisir des informations externes, normalement perçues par la vision ou l'audition de l'être humain, pour ensuite les transposer vers le cerveau.

Loin d'avoir créé des cyborgs futuristes dotés d'une vision et d'une audition surdéveloppées, les scientifiques ont tout de même réalisé des progrès remarquables dans le développement de ces « neuroprothèses » incluant notamment des implants cochléaires permettant de rétablir l'ouïe chez les personnes sourdes ou des yeux bioniques permettant aux personnes aveugles de retrouver la vue.

 

DCL

Lorsqu'ils s'agit de résoudre des problèmes, nos cerveaux sont experts en la matière. Et aujourd'hui, les scientifiques tentent de s'appuyer sur nos capacités cérébrales pour révolutionner le vieux réseau électrique des États-Unis. Sheila Nirenberg, chercheuse intervenante et professeur en physiologie et biophysique au  Weill Medical College de l'Université Cornell, travaille sur le développement de rétines artificielles pour soigner les patients atteints de dommages rétiniens. Le but est de concevoir une puce qui transférerait les informations externes vers le cerveau tout en assurant la qualité haute définition d'une vraie rétine.

Lorsque la lumière pénètre l’œil et atteint les cellules photoréceptrices de la rétine, les informations qu'elle transporte sont transformées par ces cellules en impulsions électriques qui sont ensuite menées vers le cerveau. Mais chaque image présente un schéma particulier. Les impulsions électriques provenant de la rétine apparaissent donc sous forme de schémas ou de codes.

 Grâce au décryptage des codes neuraux des cellules rétiniennes, les chercheurs ont pu  concevoir une puce microscopique capable de produire et d'envoyer vers le cerveau un schéma électrique semblable à celui de la rétine. Selon Sheila Nirenberg, ce processus permettrait également de contourner les cellules rétiniennes endommagées. Cette technique a déjà fait ses preuves chez les souris. Les chercheurs vont donc réaliser des tests sur des primates avant d'appliquer ce procédé chez des êtres humains.

DCL

Zoom sur le cerveau

Il est possible qu'un jour, le cerveau contrôle un corps entièrement robotisé et perçoive le monde à travers des sens artificiels. Selon Gary Marcus, psychologue de la cognition et rédacteur scientifique à l'Université de New York, il est cependant peu probable que les scientifiques parviennent un jour à reproduire fidèlement le fonctionnement de notre cerveau dans un ordinateur. Il affirme que si cela devait arriver, ce ne serait plus « nous ».

Les intervenants s'accordent à dire que bien que la technologie d'aujourd'hui soit remarquable, elle est encore loin de dissiper les mystères de notre cerveau. Certes, les scientifiques peuvent se focaliser sur un neurone en particulier et interpréter l'activité d'un large panel de neurones. Mais ils savent très peu de choses sur ce qui se passe entre les deux, entre les signaux d'un neurone et la symphonie de notre cerveau qui est à l'origine de notre expérience consciente.

Selon John Donoghue, « ce juste milieu constitue le nouvel enjeu majeur des neurosciences pour les 50 années à venir ».

lumosity : un leader dans le domaine de l'entraînement cérébral

SCNews